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Interaktives Rendering von Bekleidung

 
: Knuth, M.
: Fuhrmann, A.; Luckas, V.

Darmstadt, 2004, 70 S.
Darmstadt, TU, Dipl.-Arb., 2004
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IGD ()
rendering; Soft shadows; shading

Abstract
In letzter Zeit sind immer bessere und schnellere Simulatoren für Kleidung verfügbar, welche in Szenarien wie z.B. der virtuellen Anprobe Verwendung finden. Dabei fällt auf, dass die hierbei verwendeten Rendersysteme der Leitungsfähigkeit dieser Simulatoren hinterherhinken. Wichtige Aspekte sind hierbei vor allem Geschwindigkeit und Realismus der Visualisierung, da ein Kunde nicht darauf warten will, zumal hierdurch interaktives Verändern der Simulationsdaten durch den Kunden möglich wird. Die zu diesem Problem untersuchten bestehenden Algorithmen waren dabei nicht in der Lage, alle Anforderungen des Szenarios zu erfüllen. Es wurden z.B. statische Szenen oder zu komplexe Approximationen gefordert.
Basierend auf dieser Problematik wurde daher in dieser Arbeit ein eigener Lösungsansatz entwickelt, der (unter Einsatz programmierbarer Graphikhardware zur Geschwindigkeitssteigerung) die Auswertung der Beleuchtungssituation ohne Vorberechnungszeit mit interaktiven Frameraten erlaubt. Zur Entwicklung der Beleuchtungsmodelle wurde angenommen, dass die verwendeten Stoffe eng gewebt sind und darauf aufbauend, Optimierungen durchgeführt. Als Schattenberechnungsmethode wurden der Flexibilität und der Geschwindigkeit wegen Shadowbuffer gewählt. Um Stoffe und diffuse Materialien zu simulieren, wurde neben einem Lambert'schen diffusen Reflektionsmodell, ein an Lommel-Selinger angelehntes diffuses Reflektionsmodell mit Oberflächenstreuung entworfen. Für strukturierte Materialen wurde ein Reflektionsmodell für Leder und für Cord entworfen. Das Rendersystem wurde auf der Basis von Vertex- und Fragmentshadern flexibel aufgebaut, um die Leistungsfähigkeit der GPU auszuloten. Als Beleuchtung für das 3D-Modell wurden HDR-Umgebungsaufnahmen gewählt, aus denen ein Lichtquellensetup berechnet wird, welches die Beleuchtung, unter Berücksichtigung von Selbstabschattung, übernimmt. Zur Glättung der einzelnen Schattenwürfe wurde eine neue Filtermethode entwickelt.
Die Implementierung der erarbeiteten Algorithmen hat gezeigt, dass mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Ansatz interaktive Frameraten mit realistisch wirkenden Abschattungen und bekleidungstypischen Reflexionsverhalten der 3D-Szene erreicht werden. Zudem wird über das aus der HDR-Umgebungsaufnahme gewonnene, Lichtquellensetup eine realitätsnahe Ausleuchtung der Szene gewährleistet.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-21756.html